专利名称：打线机台及适用于打线机台的遮蔽气体供应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用以在打线的一端形成一结球或从一毛细接合工具延伸引线的 新装置，且特别是涉及一种在打线制作工艺中形成一结球于打线的一端的新装置，其提 供一保护气体在结球形成时所需的流场中。
背景技术：
电连接引脚或打线至一半导体芯片或固定于一引脚架或一基板的一芯片上用以 结合外部电路通常是通过结球/楔形接合(ball/wedge bonding)。依据此技术，一引线或 打线11被夹于毛细工具12内，因此打线11突出于毛细工具12的一端，请参考图1。毛 细工具12形成部分结球接合机台，此工具适合固定且定位一整合电路芯片或其他基板上 的硬化的芯片接垫15上。请参考图1，通过例如是一电极13来融化以形成一金属的结球 17于打线11的一端。此过程通常称为火炬(flame off)。在固化后，位于打线11 一端的熔融态的球体17亲密接触于硬化后的芯片接垫 15，请参考图2。一接合通常是以一特定外力与温度在一特定时间内通过热压缩接合 (thermo-compression bonding)。金属的熔接与扩散的结合以形成此基本接合。二者择一 地，超音波接合或其他方式所形成的能量也可被利用。接着，毛细工具12与基板相对移 动以将打线接合至其他位置，例如是一位于引脚架或一基板上的指状物。在此位置上， 通常会形成介于打线11与指状物之间一楔形接合，打线11是由下方的接合工具所切断。 此方法中，一引线连接建立于一硬化的芯片接垫与引脚架或基板之间，用以电连接至外 部电路。结球接合为一较佳的方法来熔融引脚或接合打线至整合电路芯片上的芯片接 垫，因为结球可忍受一较大范围的接合参数且无减弱打线的强度。然而，在结球形成时 遇到一些问题，例如是利用铜打线或铝打线。打线的尖端融化是通过位于打线尖端与一 适当配置的电极之间的氢气火炬或弧形放电(arc discharge)，结球熔融与形成的过程中， 铜或其他易反应金属打线氧化且所产生的氧化薄膜可保护或干涉后来的结球熔接至芯片 接垫。结球接合制作工艺的打线可为一不易反应的金属，例如是金，或一多反应金 属，例如是铜、银、钯或铝。当易反应的金属，例如是铜或铝呈熔融态于空气中时， 其可与氧气反应以形成氧化物而干涉打线接合。因此需要提供一保护的遮蔽气体，其 不与金属反应且环绕熔融态的结球，至少直到其表面硬化且充足地冷却后不具反应性 (non-reactive).因此，在结球形成之前，一遮蔽气体于一移动掩模或遮蔽物中的方法与 制作工艺被发展。掩模中接着填满一遮蔽气体且结球形成于一毛细工具的一端。接着， 移开掩模，而完成结球接合制作工艺。然而，现有的装置相对于毛细工具需要复杂的掩模移动，且需要控制装置与增 加接合制作工艺步骤。此外，掩模快速的调动于结球形成之后会造成一空气流场突然的 改变使其撞击至热的打线结球上。空气可使易反应金属的表面产生氧化作用，甚至于两个易反应或不易反应的金属上产生不均勻地冷却。此外，开放式的掩模或气体容纳管需 要相当大量的气体来维持遮蔽气体供应量在结球形成于毛细工具时，且在结球接合制作 工艺时并未提供一遮蔽气体所需的流场来环绕结球与毛细工具。
发明内容
为解决上述问题，本发明在一些实施例中，提出一打线机台，其包括一主体、 一夹块、一固定块、一气体供应管、一遮蔽气体供应装置、一毛细工具以及一电极。夹 块具有一限定于其中的腔室以及一形成于夹块的一侧壁且连通腔室的中心孔。固定块 具有一向上延伸以固定于主体上的定位构件以及一向下延伸至夹块的腔室的电极夹持构 件。气体供应管连接夹块的腔室，用以供应一保护气体。遮蔽气体供应装置具有限定 于其中的一连续气体通道以及一孔洞，其中遮蔽气体供应装置通过中心孔而固定于夹块 上，且连续气体通道连通腔室。毛细工具相对于一芯片上的多个将被接合的芯片接垫来 说，其固定于主体，用以上下往复运动于遮蔽气体供应装置的孔洞内。电极夹持构件夹 持电极的一端，而电极的另一端延伸于连续气体通道内且至孔洞。保护气体流入一稳定 流场中，此流场环绕于遮蔽气体供应装置的连续气体通道的孔洞区域内。值得注意的 是，在孔洞区域内的结球，其因有保护气体形成的稳定流场环绕，可产生较佳的结球形 成(ball formation)以及结球接合制作工艺(ball-bonding process)。在其他实施例中，本发明还提出一种遮蔽气体供应装置，其具有一延伸至孔洞 的直线通道以及一环绕孔洞的圆形通道。依据这些实施例，圆形通道具有多个环绕孔洞 的放射状导引片，如此一来，可形成一快速流场于遮蔽气体环绕的孔洞区域。值得注意 的是，在孔洞区域的结球，其因有保护气体形成的快速流场环绕，可在结球形成以及结 球接合制作工艺产生较佳的结球接合(ball bonding)。在进一步的实施例中，固定块的电极夹持构件形成具有一电极夹持部的一分 裂。固定块印刷一高导电材料，例如是一金涂布或薄膜，在其完整外表面上。在电极的 一端经由中心孔插入电极夹持部之后，一定位的螺丝锁固于在电极夹持部的定位孔，以 将电极稳固地锁固在电极夹持部。根据这些实施例，固定块的完整外表面涂布一导电材 料以提高固定块的导电率，因而增加电极的电火炬(electronic flame off)的表现。在其他更进一步的实施例中，夹块具有多个环绕腔室的固定孔，且固定块具有 多个对应夹块的固定孔的孔，通过螺丝或螺栓穿过孔进入固定孔而锁固，以将固定块固 定至夹块。依据这些实施例中，当电极对应于毛细工具而组装至夹具以准确地定位于遮 蔽气体供应装置内时，电极的位置可调整至所需的位置。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附 图作详细说明如下。
图1与图2为现有的一种结球接合制作工艺的侧剖面示意图；图3为本发明的一实施例的一种具有一遮蔽气体供应装置的打线机台的顶部组 装的透视图；图4为图3的打线机台的顶部组装的放大示意图5为沿图3的7-7线的打线机台的顶部组装的剖面示意图6为沿图3的8-8线的打线机台的顶部组装的剖面示意图7为沿图4的9-9线的打线机台的遮蔽气体供应装置的剖面示意图8为本发明的另一实施例的一种遮蔽气体供应装置的剖面示意图。
主要元件符号说明
11打线
12毛细工具
13电极
15芯片接垫
17球体
50毛细工具
51金属打线
54中心孔
56开口
57球体
60电极
61电极尖端
70夹块
71腔室
72中心孔
73固定孔
74开孔
75气孔
76盖子
77气体供应管
78保留孔
79螺丝
80固定块
81孔
82电极夹持构件
83螺栓
84分裂
85电极夹持部
86保留螺丝
87保留孔
88U型固定构件
89密封环
90遮蔽气体供应装置
91延伸管
92 孔洞
93 直线通道
94 曲线通道
95 排气口
100遮蔽气体供应装置
101延伸管
102孔洞
103直线通道
104圆形通道
106放射状导引片
具体实施例方式为了说明目的，通过下列细节描述，以透彻了解本发明。然而，对熟悉此技术 的人而言，本发明的实施例为显而易见的，可不需这些特定的细节描述而被实施。请参考图3与图4，其依据本发明的一实施例绘示一具有一遮蔽气体供应装置的 打线机台的顶部组装。依据此实施例，打线机台的顶部组装主要包括一毛细工具50，一 电火炬电极60，一夹块70，一固定块80以及一遮蔽气体供应装置90。毛细工具50相对 于一芯片上的多个将被接合的芯片接垫来说，其固定于打线机台(未绘示)的主体，用以 上下往复运动。首先，一铜或铝的金属打线51通过打线机台的毛细工具50保留于一中 心孔54中。接着，通过延伸至遮蔽气体供应装置90的电火炬电极60来形成一熔融态的 球体57于金属打线51的一端。在电火距的过程中，金属打线51与电极60电连接至一 电压源。电极60的材质，较佳地，例如是钨。从1000伏特(volts)至6000伏特的电压 应用于脉冲(pulse)，因此一火花放电(spark discharge)穿过金属打线51的一端与电火炬 电极60的电极尖端61之间的间距，且加热金属打线51以形成球体57在其一端上。在 电火距的过程中，位于电极尖端61与金属打线51的一端之间的间距例如是0.005英时。在形成结球的步骤中，遮蔽气体供应装置90提供一保护气体，此保护气体包括 一惰性气体(inert gas),例如是氮(nitrogen)或氩(argon)与氢(hydrogen),用以保护球 体57因氧化而硬化。惰性气体中氢气的体积百分比的范围可为0-10% (例如氢气体积百 分比-惰性气体体积百分比)。接着，毛细工具50将熔融态的球体57塑成一球状凸块 (ball bump)且将此球状凸块接合至一形成于一半导体芯片(未绘示)上的一芯片接垫。 毛细工具50可具有一呈喇叭状的开口(flared opening) 56以促进球状凸块的形成。为了 形成球状凸块，熔融态的球体57可通过拉引金属打线51拉曳至开口 56内，或者毛细工 具50可简易地按压熔融态的球体57接合至芯片接垫。在接合的步骤中，芯片通过一热 基板(heated substrate)所支撑。此外，在接合的步骤中，当通过超音波作用于金属打线 51时。毛细工具50应用一垂直负载于球体57与芯片接垫。毛细工具50的一垂直频率 于一典型频率约60千赫(kHz)中可介于30千赫至160千赫之间。应用毛细工具50的一 垂直负载于一典型负载约130克(grams)中可介于50克至300克。在接合的步骤中，芯 片与基板可被加热至一介于80°C与150°C之间的温度。请参考图4至图6，夹块70具有一腔室71与一位于夹块70的一侧壁且连通腔室71的中心孔72，其中电极60与遮蔽气体供应装置90通过中心孔72保留至夹块70中， 且固定块80固定于具有延伸至腔室71的中心部的电极夹持构件82的夹块70上。夹块 70具有多个环绕腔室71的固定孔73，而固定块80具有多个对应夹块70的这些固定孔73 的孔81，因此通过螺丝或螺栓83穿过孔81进入固定孔73的锁固，以将固定块80固定至 夹块70上。一密封环89环绕腔室71配置且位于夹块70与固定块80之间。请参考图 4与图5，固定块80的电极夹持构件82形成具有一电极夹持部85的一分裂84。在电极 60的一端通过中心孔72嵌入电极夹持部85时，一保留螺丝86通过开孔74锁固于电极夹 持构件82的保留孔87中，以将电极60稳固地锁固在电极夹持构件82。一盖子76嵌入 于开孔74中，用以密封开孔74。一气体供应管77嵌入夹块70的气孔75，通过腔室71 至遮蔽气体供应装置90来以提供所需的保护气体。一 U型固定构件88向上延伸至固定 块80，用以固定至打线机台(未绘示)上。依据本发明的一实施例，固定块80的完整 外表面涂布一导电材料，例如是一金涂布或薄膜，用以提高固定块80的导电率，进而增 加电极60的电火炬(electronic flame off)的表现。以现有的打线机台(未绘示)来说，固 定块是由不锈材料(stainless material)所组成，电极只通过固定块与夹块中的一导电螺丝 而电连接至电压源。因此，电极的电火炬的表现需被提升。再者，由于电极固定于夹块 内，因此当电极不是配于所需的位置时，电极不能调整其位置。相较于现有打线机台， 本发明的电极60具有较佳的电火炬表现，且在电极60组装至夹具70之后，电极60的位 置可以被调整至其所需的位置，因此电极60可相对于毛细工具50而被准确地定位。请参考图4、图6与图7，其皆绘示遮蔽气体装置90组装置夹块70。以组装来 说，延伸管91配置于中心孔72内，且一固定螺丝79锁固于保留孔78中来紧靠延伸管 91，以将延伸管91稳固地锁固于夹块70内。电极60从固定块80的电极夹持构件82延 伸穿过中心孔72与延伸管91至遮蔽气体供应装置90的孔洞92。请参考图7，遮蔽气体 供应装置90具有一从延伸管91延伸至孔洞92的直线通道93与一位于孔洞92与排气孔 95之间的曲线通道94。因此，所需的保护气体从腔室71穿过直线通道93、孔洞92与曲 线通道94流至排气口 95。依据本实施例，直线通道93与曲线通道94形成一连续气体 通道，因此保护气体的气流(绘示成箭头)在孔洞92区域形成一稳定流场。值得注意的 是，在孔洞92区域的球体57，其因有保护气体形成的稳定流场环绕，在结球形成与结球 接合制作工艺时可产生较佳的结球形成。此外，保护气体可从排气口 95至保护气体供应 源循环再利用，以降低保护气体的大量消耗。请参考图8，其绘示另一实施例的遮蔽气体供应装置100。如同遮蔽气体供应装 置90，延伸管101保留于夹块70内，且电极60从固定块80的电极夹持构件82传过中 心孔72、延伸管101而延伸至遮蔽气体供应装置100的孔洞102。如图8所示，遮蔽气 体供应装置100具有一从延伸管101延伸至孔洞102的直线通道103以及一环绕孔洞102 的圆形通道104。依据本实施例，圆形通道104具有多个放射状导引片106环绕配置于孔 洞102，因此保护气体形成一涡流式流场，其环绕于孔洞102区域的球体57。值得注意 的是，此涡流式流场产生一快速流动的保护气体以环绕位于孔洞103区域的球体57，因 此在结球形成与结球接合制作工艺时可产生较佳的结球形成。虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技 术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种打线机台，包括 主体；夹块，具有一限定于其中的腔室以及一形成于该夹块的一侧壁且连通该腔室的中心孔；固定块，具有一向上延伸以固定于该主体上的定位构件以及一向下延伸至该夹块的 该腔室的电极夹持构件；气体供应管，连接该夹块的该腔室，用以供应一保护气体；遮蔽气体供应装置，具有限定于其中的一连续气体通道以及一孔洞，其中该遮蔽气 体供应装置通过该中心孔而固定于该夹块上，且该连续气体通道连通该腔室；毛细工具，相对于一芯片上的多个将被接合的芯片接垫固定于该主体，用以上下往 复运动在该遮蔽气体供应装置的该孔洞内；以及电极，该电极夹持构件夹持该电极的一端，而该电极的另一端延伸于该连续气体通 道内且至该孔洞；其中该保护气体流入一稳定流场中，其环绕于该遮蔽气体供应装置的该连续气体通 道的该孔洞区域内。
2.如权利要求1所述的打线机台，其中该固定块的该电极夹持构件形成具有一电极夹 持部的一分裂，用以夹持该电极，且该固定块印刷一高导电材料在其完整外表面上，以 增加该电极的电火炬(electronic flame off)的表现。
3.如权利要求1所述的打线机台，其中该夹块具有多个环绕该腔室的固定孔，且该 固定块具有多个对应该夹块的该些固定孔的孔，多个扣件通过该固定块的该些孔进入该 夹块的该些固定孔而将该固定块固定至该夹块，此方式当该电极对应于该毛细工具而组 装至该夹具以准确地定位于该遮蔽气体供应装置内时，该电极的位置可调整至所需的位置。
4.如权利要求1所述的打线机台，其中该遮蔽气体供应装置的该连续气体通道包括一 从该腔室延伸至该孔洞的直线通道以及一位于该孔洞与一排气口之间的曲线通道。
5.—种打线机台，包括 主体；夹块，具有一限定于其中的腔室以及一形成于该夹块的一侧壁且连通该腔室的中心孔；固定块，具有一向上延伸以固定于该主体上的定位构件以及一向下延伸至该夹块的 该腔室的电极夹持构件；气体供应管，连接该夹块的该腔室，用以供应一保护气体；遮蔽气体供应装置，具有限定于其中的一气体通道以及一孔洞，其中该遮蔽气体供 应装置通过该中心孔而固定于该夹块上，且该气体通道连通该腔室；毛细工具，相对于一芯片上的多个将被接合的芯片接垫固定于该主体，用以上下往 复运动于该遮蔽气体供应装置的该孔洞内；以及电极，该电极夹持构件夹持该电极的一端，而该电极的另一端延伸于该气体通道内 且至该孔洞；其中该固定块印刷一高导电材料在其完整外表面上，以增加该电极的电火炬(electronic flame off)的表现。
6.如权利要求5所述的打线机台，其中该固定块的该电极夹持构件形成具有一电极夹 持部的一分裂，用以夹持该电极。
7.如权利要求5所述的打线机台，其中该夹块具有多个环绕该腔室的固定孔，且该 固定块具有多个对应该夹块的该些固定孔的孔，多个扣件通过该固定块的该些孔进入该 夹块的该些固定孔而将该固定块固定至该夹块，此方式当该电极对应于该毛细工具而组 装至该夹具以准确地定位于该遮蔽气体供应装置内时，该电极的位置可调整至所需的位 置。
8.如权利要求5所述的打线机台，其中该遮蔽气体供应装置的该气体通道包括一从该 腔室延伸至该孔洞的直线通道以及一位于该孔洞与一排气口之间的曲线通道，该直线通 道与该曲线通道形成一连续气体通道，该保护气体流入一稳定流场中，其环绕于该遮蔽 气体供应装置的该连续气体通道的该孔洞区域内。
9.如权利要求5所述的打线机台，其中该遮蔽气体供应装置的该气体通道包括一从该 腔室延伸至该孔洞的直线通道以及一环绕该孔洞的圆形通道，该保护气体流入一涡流式 流场中，其环绕于该遮蔽气体供应装置的该气体通道的该孔洞区域内。
10.如权利要求9所述的打线机台，其中该圆形通道具有多个放射状导引片，环绕配 置于该孔洞。
11.一种打线机台，包括主体；夹块，具有一限定于其中的腔室以及一形成于该夹块的一侧壁且连通该腔室的中心 孔，其中该夹块具有多个环绕于该腔室的固定孔；固定块，具有一向上延伸以固定于该主体上的定位构件以及一向下延伸至该夹块的 该腔室的电极夹持构件，其中该固定块具有多个对应该夹块的该些固定孔的孔；多个扣件，通过该固定块的该些孔进入该夹块的该些固定孔而将该固定块固定至该 夹块；气体供应管，连接该夹块的该腔室，用以供应一保护气体；遮蔽气体供应装置，具有限定于其中的一气体通道以及一孔洞，其中该遮蔽气体供 应装置通过该中心孔而固定于该夹块上，且该气体通道连通该腔室；毛细工具，相对于一芯片上的多个将被接合的芯片接垫固定于该主体，用以上下往 复运动于该遮蔽气体供应装置的该孔洞内；以及电极，该电极夹持构件夹持该电极的一端，而该电极的另一端延伸于该气体通道内 且至该孔洞；当该电极对应于该毛细工具而组装至该夹具以准确地定位于该遮蔽气体供应装置内 时，该电极的位置可调整至所需的位置。
12.如权利要求11所述的打线机台，其中该固定块的该电极夹持构件形成具有一电极 夹持部的一分裂，用以夹持该电极。
13.如权利要求11所述的打线机台，其中该固定块印刷一高导电材料在其完整外表面 上，以增加该电极的电火炬(electronic flame off)的表现。
14.如权利要求11所述的打线机台，其中该遮蔽气体供应装置的该气体通道包括一从该腔室延伸至该孔洞的直线通道以及一位于该孔洞与一排气口之间的曲线通道，该直线 通道与该曲线通道形成一连续气体通道，该保护气体流入一稳定流场中，其环绕于该遮 蔽气体供应装置的该连续气体通道的该孔洞区域内。
15.如权利要求11所述的打线机台，其中该遮蔽气体供应装置的该气体通道包括一从 该腔室延伸至该孔洞的直线通道以及一环绕该孔洞的圆形通道，该保护气体流入一旋转 流场中，其环绕于该遮蔽气体供应装置的该气体通道的该孔洞区域内。
16.如权利要求15所述的打线机台，其中该圆形通道具有多个放射状导引片，环绕配 置于该孔洞。
17.—种适用于打线机台的遮蔽气体供应装置，包括主体，具有位于其中的一进气口、一排气口以及一孔洞，该主体限定一从该进气口 延伸至该孔洞的直线通道以及一位于该孔洞与该排气口之间的曲线通道；以及连接管，从该主体的该进气口延伸，以接收来自该打线机台的一遮蔽气体；从该进气口延伸至该孔洞的该直线通道以及位于该孔洞与该排气口之间的该曲线通 道形成一连续气体通道，该遮蔽气体流入一稳定流场中，其环绕于该连续气体通道的该 孔洞区域内。
18.—种适用于打线机台的遮蔽气体供应装置，包括主体，具有位于其中的一进气口以及一孔洞，该主体限定一从该进气口延伸至该孔 洞的直线通道以及一环绕该孔洞的圆形通道；以及连接管，从该主体的该进气口延伸，以接收来自该打线机台的一遮蔽气体；该遮蔽气体流入一旋转流场中，其环绕于该气体通道的该孔洞区域内。
全文摘要
本发明公开一种打线机台及适用于打线机台的遮蔽气体供应装置。该打线机台包括一主体、一夹块、一固定块、一气体供应管、一遮蔽气体供应装置、一毛细工具以及一电极。夹块具有一限定于其中的腔室以及一形成于夹块的一侧壁且连通腔室的中心孔。固定块具有一向上延伸以固定于主体上的定位构件以及一向下延伸至夹块的腔室的电极夹持构件。遮蔽气体供应装置具有限定于其中的一连续气体通道以及一孔洞。保护气体流入一稳定流场中，其环绕于遮蔽气体供应装置的连续气体通道的孔洞区域内，以使结球形成与结球接合过程中具有较佳的结球形成。
文档编号H01L21/603GK102013406SQ201010250558
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月10日 优先权日2009年9月3日
发明者杜嘉秦, 黄凯麟 申请人:日月光半导体制造股份有限公司